Espacio La propulsión eléctrica (PE) se define como «cualquier sistema que acelera un propulsor mediante la conversión de energía potencial eléctrica en energía cinética». Se utiliza para ajustar las trayectorias de los satélites y propulsar naves espaciales a través del sistema solar. En términos generales, esta conversión de energía puede tener una base electrostática, electrotérmica o electromagnética. También puede ser una combinación (por ejemplo, electrotérmica acoplada a electromagnética). La propulsión eléctrica (PE) tiene un alto rendimiento de combustible. Por lo tanto, se necesita menos combustible y almacenamiento de propulsante, lo que hace que la PE sea más adecuada para los satélites pequeños. En este artículo profundizamos en los sistemas de propulsión electrostática.
Propulsión eléctrica por emisión de campo (FEEP)
La propulsión eléctrica por emisión de campo (FEEP) es un método de propulsión electrostática utilizado en satélites que se basan en el empuje a través de la ionización. Los propulsores FEEP se basan en la ionización del metal líquido y la aceleración de los iones mediante un fuerte campo eléctrico. Los satélites que dependen de la FEEP se benefician de las diversas características técnicas únicas de esta novedosa tecnología de propulsión eléctrica. Por ejemplo, su tamaño compacto y su capacidad de almacenamiento de propulsante la hacen adecuada para satélites pequeños. En los últimos años, el número de pequeños satélites en el espacio ha aumentado considerablemente, lo que convierte al método de propulsión FEEP en una interesante oportunidad para futuras misiones en el espacio.
El principio básico de la FEEP está relacionado con el efecto de campo, que se refiere a la utilización de un fuerte campo eléctrico para generar iones cargados. La diferencia entre el electrodo y la superficie del metal líquido se equilibra con la tensión del fluido, que se deforma en una serie de formas cónicas. La intensidad del fuerte campo eléctrico inicia la formación de la corriente propulsora. Esta corriente es expulsada a gran velocidad a través del emisor y el acelerador. El neutralizador proporciona iones cargados negativamente para reducir la carga de la corriente propulsora y proteger el conjunto.
La neutralización de las corrientes propulsoras en los dispositivos FEEP puede realizarse mediante cátodos termoiónicos. Estos cátodos termoiónicos son esenciales para conseguir el empuje deseado, ya que los electrones se emiten con una gran energía térmica para superar la barrera de potencial del material emisor y el vacío del espacio. Sin la capacidad de calentamiento del cátodo termoiónico, el material emisor no puede alcanzar la temperatura necesaria para facilitar el proceso de generación de empuje FEEP. Además, se necesita un cátodo para neutralizar el campo de plasma cargado que, de lo contrario, se vería atraído por el armazón del vehículo espacial y reduciría o eliminaría cualquier empuje producido.
Propulsor ION cuadriculado
El propulsor iónico de rejilla es un diseño común para los satélites que dependen de la tecnología de propulsores iónicos. Estos propulsores se consideran sistemas de propulsión eléctrica de bajo empuje muy eficaces. El concepto básico de un propulsor iónico de rejilla es la aceleración de iones mediante fuerzas electrostáticas. Los campos eléctricos son generados por dos electrodos situados en el extremo del propulsor. Un electrodo está cargado con electrones altamente positivos, mientras que el otro está cargado con electrones altamente negativos. Los iones se generan en la región opuesta del electrodo, lo que provoca la atracción de iones fuera de la cámara de descarga. Como resultado, un gran número de chorros de iones forman el haz de iones del propulsor y contribuyen a la propulsión de los satélites por el espacio.
Los electrones son generados por un cátodo hueco situado en el centro aguas arriba del propulsor. El combustible propulsor es bombardeado por estos electrones, generando un flujo de plasma, que es el ingrediente clave para la propulsión eléctrica de los propulsores iónicos. Se necesita otro cátodo para neutralizar el haz de iones que se genera por el impacto de los electrones sobre el combustible propulsor. Este cátodo neutralizador suele estar situado en la parte inferior del propulsor, donde se expulsa el haz de iones. Como el propulsor expulsa principalmente iones positivos, se necesita una cantidad igual de iones negativos para neutralizar el haz de iones y evitar daños en el propulsor.
La función de los cátodos termoiónicos en los propulsores iónicos de rejilla es, por tanto, fundamental para el éxito de la navegación por el espacio: Por un lado, el cátodo situado aguas arriba genera los electrones necesarios para realizar el plasma para el empuje; por otro, el cátodo situado aguas abajo neutraliza el haz de iones y garantiza que los iones positivos expulsados no causen daños externos. Kamet puede suministrar calentadores de cá todo que cumplen los requisitos técnicos para sus propulsores de iones de rejilla y su propulsión eléctrica a través del espacio.
Propulsor de efecto Hall (HET)
La tecnología de los propulsores de efecto Hall se basa en el principio del efecto Hall y se aplica en misiones espaciales desde hace más de 30 años. Un propulsor de efecto Hall (HET) es un dispositivo de propulsión eléctrica que utiliza campos eléctricos y magnéticos para crear un plasma y expulsar iones a gran velocidad para generar empuje. El propulsor acelera el propulsante a través de un campo eléctrico. La fuente de empuje de los propulsores HET suele contener gas inerte xenón o criptón, necesario para la creación del plasma ionizado con el fin de generar empuje. En comparación con otros propulsores electrostáticos, el propulsor de efecto Hall presenta ventajas significativas como un mayor empuje, una vida útil más larga y requiere menos energía que otros propulsores iónicos.
Un propulsor de efecto Hall consta de un ánodo situado en el extremo aguas arriba de un canal de descarga de paredes cerámicas e inyector de gas inerte xenón o criptón. Un cátodo externo proporciona electrones para neutralizar el haz de iones. El circuito magnético de un propulsor Hall se compone de imanes o bobinas, situados en los bordes interior y exterior del canal. Genera un campo de intensidad creciente a lo largo del canal. Los electrones emitidos por el cátodo quedan atrapados por las líneas del campo magnético, lo que reduce la movilidad axial y genera un fuerte campo eléctrico dirigido hacia el exterior. Los neutros procedentes del inyector son ionizados por impacto electrónico y acelerados por el campo eléctrico, lo que genera empuje.
Con el fin de proporcionar los electrones necesarios para la ionización, se utiliza un calentador catódico para el encendido, la descarga y la neutralización de los haces de iones. El calentador se utiliza en un cátodo hueco, por lo que su rendimiento térmico es de vital importancia para la propulsión por el espacio del propulsor de efecto Hall.
Calentadores con aislamiento mineral para sistemas de propulsión electrostática
Los calentadores con aislamiento mineral de Kamet son adecuados para aplicaciones aeroespaciales. Ofrecen una gran potencia, un rendimiento constante y temperaturas de hasta 1000 grados Celsius e incluso de hasta 1600 grados Celsius. Nuestros calentadores ofrecen excelentes propiedades gracias a los metales refractarios que se utilizan para esta aplicación, como el tántalo. Podemos suministrar calentadores de cátodo con diámetros muy pequeños, a partir de 0,5 mm, y un radio de curvatura mínimo de tres veces el diámetro exterior. La conexión entre el extremo frío y el caliente se suelda con láser, por lo que el diámetro se mantiene igual en toda la longitud del calentador.
Colaboramos estrechamente con empresas punteras en el campo de las soluciones de calefacción con aislamiento mineral. Nuestros calentadores de cátodo están hechos a la medida de los requisitos específicos del cliente y nuestros socios tienen la capacidad, los conocimientos y la experiencia para llevar su calentador de cátodo de la mesa de dibujo a la producción. Además, nuestros socios pueden realizar exhaustivas pruebas internas una vez terminado el calentador de cátodo para verificar si las especificaciones técnicas se ajustan a sus requisitos. Esto garantiza la idoneidad del calentador de cátodos para su propulsor electrostático, así como la máxima calidad y fiabilidad para su misión en el espacio. Estamos deseando pensar con usted en cualquier reto térmico que se le presente.